Входное устройство прямоточного воздушно-реактивного двигателя

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям входных устройств, и может быть использовано в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД). Разработано входное устройство для подвода воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, состоящее из прямоугольного корпуса, в головной части которого на верхней и нижней образующих его гранях шарнирно установлены две обечайки, внутри корпуса установлен пространственный клин, равный по ширине корпусу воздухозаборника и состоящий из граней, образующих две поверхности сжатия, две поверхности, регулирующие сечение горла, и две замыкающие поверхности, при этом каждая грань, образующая поверхность сжатия пространственного клина, состоит из (N-1) сегментов, соединенных между собой шарнирно, где N - число скачков уплотнения, при этом первые сегменты двух поверхностей сжатия пространственного клина соединены между собой шарнирно, каждый сегмент состоит из двух частей: ответной, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения относительно друг друга, при этом длина

сегмента, основной и ответной частей выбираются из условия , где - длина основной и ответной частей, L - длина сегмента, грани поверхностей регулирования сечения горла входного устройства с одной стороны соединены шарнирно с (N-1)-м сегментом каждой поверхности сжатия, а с другой стороны соединены шарнирно с гранями замыкающих поверхностей, при этом грани замыкающих поверхностей соединены между собой шарнирно, каждый из (N-1) сегментов поверхности сжатия, а также грани замыкающих поверхностей соединены с центральной консольной балкой с помощью системы тяг управляемой длины: одна из частей первой и (N-1)-й сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной балкой тягами управляемой длины, ответные части и основные части остальных 2…(N-2) сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной консольной балкой тягами управляемой длины, грани замыкающих поверхностей пространственного клина соединены с центральной балкой посредством тяг управляемой длины. Изобретение обеспечивает расширение диапазона эффективной работы ПВРД за счет управления углами наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур. 3 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям входных устройств, и может быть использовано в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД).

Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является входное устройство ПВРД с изменяемым положением центрального тела, которое содержит прямоугольный корпус с неподвижными кольцевыми обечайками, подвижное вдоль центральной оси воздухозаборника центральное тело, выполненное в виде тела вращения и состоящее из цилиндрических оболочек поверхностей сжатия, поверхности горла и замыкающей поверхности [Герман Р. Сверхзвуковые входные диффузоры / Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. С. 233-256].

Недостатком такого устройства является узкий диапазон эффективной работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя, обусловленный изменением угла наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур.

Техническим результатом изобретения является расширение диапазона эффективной работы ПВРД за счет управления углами наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном входном устройстве ПВРД, состоящем из прямоугольного корпуса, в головной части которого на верхней и нижней образующих его гранях шарнирно установлены две обечайки; внутри корпуса установлен пространственный клин, равный по ширине корпусу воздухозаборника и состоящий из граней, образующих две поверхности сжатия, две поверхности, регулирующие сечение горла, и две замыкающие поверхности, согласно изобретению, каждая грань, образующая поверхность сжатия пространственного клина, состоит из (N-1) сегментов, соединенных между собой шарнирно, где N - число скачков уплотнения; при этом первые сегменты двух поверхностей сжатия пространственного клина соединены между собой шарнирно; каждый сегмент состоит из двух частей: ответной, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения относительно друг друга, при этом длина сегмента, основной и ответной частей выбираются из условия где - длина основной и ответной частей, L - длина сегмента; грани поверхностей регулирования сечение горла входного устройства с одной стороны соединены шарнирно с (N-1)-м сегментом каждой поверхностей сжатия, а с другой стороны соединены шарнирно с гранями замыкающих поверхностей, при этом грани замыкающих поверхностей соединены между собой шарнирно; каждый из (N-1) сегментов поверхности сжатия, а также грани замыкающих поверхностей соединены с центральной консольной балкой с помощью системы тяг управляемой длины: одна из частей первой и (N-1)-й сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной балкой тягами управляемой длины, ответные части и основные части остальных 2…(N-2) сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной консольной балкой тягами управляемой длины, грани замыкающих поверхностей пространственного клина соединены с центральной балкой посредством тяг управляемой длины.

Сущность изобретения заключается в том, что, каждая грань, образующая поверхность сжатия пространственного клина, состоит из (N-1) сегментов, соединенных между собой шарнирно, где N - число скачков уплотнения; при этом первые сегменты двух поверхностей сжатия пространственного клина соединены между собой шарнирно; каждый сегмент состоит из двух частей: ответной, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения друг относительно друга, при этом длина сегмента, основной и ответной частей выбираются из условия где - длина основной и ответной частей, L - длина сегмента; грани поверхностей регулирования сечение горла входного устройства с одной стороны соединены шарнирно с (N-1)-м сегментом каждой поверхностей сжатия, а с другой стороны соединены шарнирно с гранями замыкающих поверхностей, при этом грани замыкающих поверхностей соединены между собой шарнирно; каждый из (N-1) сегментов поверхности сжатия, а также грани замыкающих поверхностей соединены с центральной консольной балкой с помощью системы тяг управляемой длины: одна из частей первой и (Ν-1)-й сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной балкой тягами управляемой длины, ответные части и основные части остальных 2...(Ν-2) сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной консольной балкой тягами управляемой длины, грани замыкающих поверхностей пространственного клина соединены с центральной балкой посредством тяг управляемой длины.

Каждому режиму обтекания пространственного клина в диапазоне чисел Маха М=3..5 соответствует определенный угол наклона скачков уплотнения δ₁…δ_Ν-1 относительно направления движения сверхзвукового потока воздуха (фиг. 1). При этом, угол установки (Ν-1) сегментов поверхностей сжатия α₁…α_N-1 изменяется таким образом, чтобы угол наклона каждого скачка уплотнения и его положение обеспечивало максимальный коэффициент восстановления полного давления σ_д на данном режиме обтекания пространственного клина [Герман Р. Сверхзвуковые входные диффузоры / Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. С. 161-179.], что обеспечивает расширение диапазона эффективной работы ПВРД. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 2-3. На фиг. 2 представлено продольное сечение входного устройства ПВРД, поверхности сжатия пространственного клина которого выполнены из трех сегментов. Продольное сечение входного устройства соответствует режиму работы двигателя со скоростью набегающего потока М=3.0, где обозначено: 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 сегменты поверхностей сжатия пространственного клина, 4 - наружный корпус, 5 - подвижные обечайки, 6 - центральная консольная балка, 7-1..7-3- ответные части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 8-1..8-3 - основные части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 9 - система тяг изменяемой длины, стрелкой указано направление набегающего потока, на фиг. 3 то же, соответствующее режиму работы двигателя со скоростью набегающего потока М=5.0.

Сегменты поверхностей сжатия 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, состоящие из двух частей: ответной 7-1..7-3, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной 8-1..8-3, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения друг относительно друга, предназначены для изменения положения скачков уплотнения в соответствие со скоростью набегающего потока.

Подвижные обечайки 5, установленные на корпусе 4, необходимы для обеспечения фокусировки системы скачков уплотнения на входной кромке обечайки, что позволяет обеспечивать максимальный коэффициент расхода воздуха σ_д и способствует расширению диапазона эффективной работы ПВРД [Герман Р. Сверхзвуковые входные диффузоры / Под ред. Абрамовича Г.Н. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. С. 161-179]. Центральная консольная балка 6 предназначена для установки системы тяг управляемой длины 9.

Устройство работает следующим образом: набегающий сверхзвуковой поток воздуха при обтекании клина сжимается в системе скачков уплотнения одного направления, отраженных от сегментов поверхностей сжатия 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 и фокусирующихся на кромке обечайки 5. Давление торможения увеличивается от скачка к скачку.

При увеличении скорости полета углы наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур относительно продольной оси входного устройства уменьшаются. Чтобы сохранить фокусировку системы скачков уплотнения на входной кромке подвижной обечайки 5, а также обеспечить регулярное обтекание пространственного клина с максимальным коэффициентом восстановления полного давления σ_д система тяг управляемой длинны 9 на основе сигнала от системы автоматического управления [Бекишев С.А. Системы управления сверхзвуковыми входными устройствами: учеб. пособие / С.А. Бекишев, В.Ф. Кудрявцев, Ю.А. Караваев. - Иркутск: ИВВАИУ, 1995. С. 3-13] увеличивает свою длину (фиг. 3), при этом ответные 7-1, 7-2 и основные 8-1, 8-2 части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2 изменяют свое относительное положение в сторону увеличения суммарной площади поверхности сегмента, а ответные 7-3 и основные 8-3 части 3-1, 3-2 сегментов изменяют свое относительное положение в сторону уменьшения суммарной площади поверхности сегмента. Этим достигается оптимальное положение и угол наклона сегментов поверхностей сжатия при увеличении скорости полета. При уменьшении скорости полета углы наклона скачков уплотнения в системе ударно-волновых структур относительно продольной оси входного устройства увеличиваются. Чтобы сохранить фокусировку системы скачков уплотнения на входной кромке подвижной обечайки, а также обеспечить регулярное обтекание пространственного клина с максимальным коэффициентом восстановления полного давления σ_д система тяг управляемой длины 9 на основе сигнала от системы автоматического управления [Бекишев С.А. Системы управления сверхзвуковыми входными устройствами: учеб. пособие / С.А. Бекишев, В.Ф. Кудрявцев, Ю.А. Караваев. - Иркутск: ИВВАИУ, 1995. С. 3-13] уменьшают свою длину (фиг. 2), при этом ответные 7-1, 7-2 и основные 8-1, 8-2 части сегментов 1-1, 1-2, 2-1, 2-2 изменяют свое относительное положение в сторону уменьшения суммарной площади поверхности сегмента, а ответные 7-3 и основные 8-3 части 3-1, 3-2 сегментов изменяют свое относительное положение в сторону увеличения суммарной площади поверхности сегмента. Этим достигается оптимальное положение и угол наклона сегментов поверхностей сжатия при уменьшении скорости полета.

Таким образом, при изменении скорости сверхзвукового набегающего потока воздуха угол отражения скачков уплотнения от поверхностей пространственного клина изменяется. При этом, положение и углы установки сегментов поверхностей сжатия относительно центральной оси изменяются таким образом, чтобы обеспечить регулярность режима обтекания пространственного клина диффузора, а коэффициент восстановления полного давления σ_д на данном режиме обтекания имел максимальное значение.

Входное устройство для подвода воздуха в камеру сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, состоящее из прямоугольного корпуса, в головной части которого на верхней и нижней образующих его гранях шарнирно установлены две обечайки, внутри корпуса установлен пространственный клин, равный по ширине корпусу воздухозаборника и состоящий из граней, образующих две поверхности сжатия, две поверхности, регулирующие сечение горла, и две замыкающие поверхности, отличающееся тем, что каждая грань, образующая поверхность сжатия пространственного клина, состоит из (N-1) сегментов, соединенных между собой шарнирно, где N - число скачков уплотнения, при этом первые сегменты двух поверхностей сжатия пространственного клина соединены между собой шарнирно, каждый сегмент состоит из двух частей: ответной, выполненной в виде пластины с направляющим пазом, и основной, выполненной в виде пластины и телескопически входящей в ответную часть с возможностью перемещения относительно друг друга, при этом длина

сегмента, основной и ответной частей выбираются из условия , где - длина основной и ответной частей, L - длина сегмента, грани поверхностей регулирования сечения горла входного устройства с одной стороны соединены шарнирно с (N-1)-м сегментом каждой поверхности сжатия, а с другой стороны соединены шарнирно с гранями замыкающих поверхностей, при этом грани замыкающих поверхностей соединены между собой шарнирно, каждый из (N-1) сегментов поверхности сжатия, а также грани замыкающих поверхностей соединены с центральной консольной балкой с помощью системы тяг управляемой длины: одна из частей первой и (N-1)-й сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной балкой тягами управляемой длины, ответные части и основные части остальных 2…(N-2) сегментов поверхностей сжатия соединены с центральной консольной балкой тягами управляемой длины, грани замыкающих поверхностей пространственного клина соединены с центральной балкой посредством тяг управляемой длины.